“水滴”入江川——新安江紫金大桥总体设计
紫金大桥重建工程为其老桥拆除后的新建桥梁项目，大桥位于新安江大坝下游约1.5公里，建德市城区上游约4.5公里处，是连接朱家埠和白沙并跨越新安江的便捷通道。紫金大桥老桥建成于1990年，为两跨80m上承式钢筋混凝土拱桥，在2004年进行了全面加固。2020年夏天，极端天气导致新安江水库水位超出汛限，水库进行了建成61年来首次九孔全开泄洪。泄洪结束后经专家论证，原老桥已无法满足正常通行要求，需要拆除重建。
图1 九孔泄洪前后老桥
图2 大桥建成后侧面图
大桥于2021年10月开工建设，2023年11月建成通车，建成后成为当地标志性建筑。大桥的运营不仅方便新安江两岸群众出行，还促进了当地旅游经济的发展。
主桥方案设计
建设条件及景观分析
桥位处于新安江水库发电站下游，正常水位约24.0m，平均水深约5m。日常水位变化主要受大坝0-9孔发电影响，发电期间水位变化范围为23.8-25m。桥位处于准饮用水源保护区，紧邻“两江一湖”核心风景区，生态保护和景观造型要求较高。
通过桥位处的景观分析可以发现，桥位南北岸山势较高，峡谷空间较小，南北岸两山间距在300m左右；桥位处风景优美，特别是“江雾奇景”，堪称世界一绝。桥型方案的最佳方案是桥融入周边的环境当中，使桥景与自然景色融为一体。
图3 老桥桥位图
桥梁跨越新安江处通航尺寸要求为90x7m（长x高），大桥主跨需在100m以上，同时根据行洪评价和通航影响评价的初步建议，在大桥水中可设墩，但数量不得超过一个，总宽度应满足阻水率要求。
周边桥梁分布
项目组分析了建德市域新安江上各种桥梁的分布规律和结构形式，如图4所示。
图4 建德市域新安江上桥梁分布图
建德市域范围内跨江桥梁主要有15座，主跨最小为45m，最大为218m；结构形式主要有简支梁桥、连续梁（刚构）桥、各种形式的拱桥以及悬索桥，其中拱桥占较大比例。而斜拉桥作为一种造型独特、受力合理的桥型，在中等跨度桥梁中竞争性较强，但在建德市域范围内有所缺失，因此项目组将斜拉桥作为重点比选桥型。
方案设计
通过以上分析，重点比选了斜拉桥和拱桥两种桥型，综合考虑行洪安全、景观效果、施工难度、经济合理性及民众接受度后，确定为斜拉桥方案，并在此基础上，对主塔造型构思了两个方案。
方案一的桥塔采用水滴造型，形态优美圆润，两侧塔身于顶部合龙，又微微展开，整体宛若一个玉滴瓶矗立在江面之上，如诗如画，同时也寓意了平安与祈福，象征着新安江之水塑造了奇美的自然景观，也给当地人民的生活带来了幸福与安康。跨径布置为115+115=230m，水滴形桥塔高约65m，最宽处约为22m，桥面以上塔高约52m。
图5 水滴造型斜拉桥构思示意图
图6 水滴造型斜拉桥效果图
方案二为飞鹭展翅造型单塔斜拉桥，桥塔造型以张开的双翼为设计意象，在塔身的断面和顶部造型上进行了细节的雕塑化处理，使得桥塔造型更加挺拔、充满艺术气息。跨径布置为115+115=230m，飞鸟状的桥塔高约52m，桥面以上约35m，桥塔下部桥墩横向宽度为10m，上部向两侧张开，顶部最大横桥向宽度约为50m。
图7 展翅造型斜拉桥构思示意图
图8 展翅造型斜拉桥效果图
最终经过网络投票、专家审查和行业主管部门审批，确定方案一的水滴造型单塔斜拉桥为推荐方案。
总体设计重难点分析
深水裸岩下承台围堰施工
主塔桥墩处水深约6m，由于地处山区，河槽长期被泄洪水流冲刷，上覆圆砾土层基本被冲走，主墩承台和临时栈桥面临深水裸岩的不利施工环境。根据行洪影响评价的要求，大桥主墩承台顶面应设置在河床以下，承台底部距离常水位深约12m，考虑到汛期上游水库泄洪，主墩承台围堰施工深度将达到约16m以上，施工风险和难度均较大。
有鉴于此，设计在总体方案上提出先引孔再止水再支撑的方案。对于裸岩基础，先采用混凝土灌注桩引孔，保证一倍嵌岩深度，上部再设置钢管混凝土桩。利用钢管混凝土桩强大的支持性和可焊接性，在钢管桩内侧焊接型钢内衬平台，并预留出挖凿机作业面。围堰主体焊接形成整体后，施工桩间止水钢板桩，围堰内部抽水完成后，利用镐头机凿除水底岩石。上述规划为施工方案的编制提供了重要参考，确保了主墩承台的安全、经济和快速施工。
图9 钢管混凝土桩加钢内衬围堰立面图
图10 钢管混凝土桩加钢内衬围堰施工
钢锚箱精细化受力分析
作为主要受力节点，钢主梁斜拉桥梁端钢锚箱直接关系着大桥的结构安全。钢锚箱承受拉索的直接索力作用，钢板构造和受力均较为复杂，但现行规范对其受力计算的规定较少，因此有必要对钢锚箱进行精细化的受力分析。
钢锚箱板件均为Q345qC钢材，主要由N1-N9钢板组成，N1、N2钢板为钢锚箱与主梁腹板连接板，厚度为48mm；N3为锚下异形板，与腹板连接，厚度为36mm；N1、N2、N3板件构成了钢锚箱与主梁腹板之间的传力框架，其余板件则均为其加劲板件。
使用Midas FEA NX建立该局部精细化实体模型，选择索力最大的钢锚箱作为分析对象。根据圣维南定理，建模长度为钢主梁梁高的3倍，可基本忽略边界条件对钢锚箱的影响。经过迭代计算，多次调整板厚及板件构造，钢锚箱应力值均处于允许范围内。
图11 钢锚箱Von Mises应力图
图12 钢锚箱立面图
大件钢结构运输总体构思
为保证大桥的景观效果，设计选用箱型结构加风嘴设计的钢主梁，并尽可能拉大索距。由于本桥地处山区内陆，钢主梁的运输是大桥总体设计需要重点考虑的因素。公路运输方便快捷，但存在运输尺寸受限、现场焊接工作量大等困难。水路运输则容许尺寸较大，可整节段工厂预制后运输，但存在运输时间长、过河建筑节点制约等困难。大桥采用何种运输方式，直接影响主梁的节段划分和构造细节，对后期施工图设计影响较大。
针对该桥梁端钢锚箱的构造要求，钢锚箱节段宜采用整体预制，则钢主梁运输尺寸将超过公路宽度限制，设计优先考虑水路运输。根据类似大桥建设经验，杭州地区水路运输的关键节点是三堡船闸，其闸室宽度仅12m，是大运河至钱塘江水路运输的控制性卡口。在钱塘江水系上运输桥梁大型构件时，需考虑构件宽度与船闸适配问题。
图13 节段吊装现场
大桥在考虑节段划分时，最终采用2.7m的隔板间距，每4道隔板设置钢锚箱，节段间距为10.8m，船的总宽度控制在11.5m以内，经专项论证后，顺利通过三堡船闸。
对于预制主梁结构，调研交通运输情况，尤其是水路运输的卡口问题，容易忽视，却影响重大，应当引起设计人员重视。
图14 大件钢结构通过三堡船闸
主梁水陆同步架设方案
对于独塔斜拉桥较为经济合理的主梁施工方式为利用挂篮进行主梁施工，分节段张拉拉索，直至合龙。紫金大桥桥位处北岸受冲刷较多且水较深，南岸则为漫滩及裸露河床，两跨间河流槽口深浅差距较大。北侧水深，具备浮船喂梁条件，适合常规挂篮施工；而南侧水浅甚至无水，无法通行浮船，则适合支架施工主梁后期张拉拉索的施工方案。
经过综合考虑，项目采用主梁水陆同步安装的设计方案。北跨直接用浮船运至桥面吊机下方，南跨浅水区根据则需要搭设滑移平台，将钢主梁吊装至滑移平台深水区侧，再通过滑移喂梁至桥面吊机下方。通过控制南北岸的存梁时间，可实现两跨对称吊装主梁，张拉拉索。
以上措施，将主梁水陆转接平台和安装平台相结合，能节约临时用地，保证主梁水陆同步安装，获得了较好的经济效益并节省工期。
图15 南北岸不同水深示意图
紫金大桥位于准水源保护区，紧邻核心风景名胜区，环保和景观要求高。项目组针对大桥的特点，强化总体设计环节，体现在以下3个方面：
1.建德市域范围内，跨新安江桥梁以拱桥为主，方案构思时重点考虑斜拉桥方案。根据建德的历史文化背景，以水为元素，设计了水滴造型斜拉桥方案，获得了群众和业内专家的好评。
2.大桥总体设计时应注意大型构件运输条件，对船闸、收费站等卡口节点重点调研，为钢结构构件尺寸和节段划分提供参考。
3.考虑桥位处的特殊环境，对主墩承台施工方式及主梁吊装方案等，设计时应构思整体解决方案，并据此优化相应构造设计，相应费用也经科学合理计算，以利于后期项目推进。
本文刊载 / 《桥梁》杂志
2024年 第4期 总第120期
作者 / 顾侃 袁强
作者单位 / 杭州市交通规划设计研究院有限公司
技术审核 / 包琦玮
编辑 / 陈晖
美编 / 赵雯
审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲
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